Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH)

Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH) Nghiên cứu tính toán thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R32 (Đề tài NCKH)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG MÁY LẠNH GHÉP TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2/R32 SV2020 - 151 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trường Giang TP Hồ Chí Minh, 07/2020 16147023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG MÁY LẠNH GHÉP TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2/R32 SV2020 - 151 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Trường Giang Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Năm thứ: / Số năm đào tạo: Lớp, khoa:16147CL2 Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung TP Hồ Chí Minh, 07/2020 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: Mục tiêu đề tài: Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: 10 Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: 10 PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.1 Tình hình nghiên cứu nước: 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước: Lý chọn đề tài 3 Mục tiêu đề tài: 4 Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu môi chất lạnh CO2 1.2 Giới thiệu môi chất R32 1.3 Hệ thống lạnh ghép tầng 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 10 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT CO2/R32 11 2.1 Các yêu cầu thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R32 11 2.2 Tính tốn hệ thống lạnh ghép tầng 13 2.2.1 Tầng Thấp (Sử dụng môi chất CO2) 14 2.2.2 Tầng Cao (Sử dụng môi chất R32) 18 2.3 Tính tốn thiết kế thiết bị Ngưng tụ - Bay ghép tầng 21 2.4 Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 28 2.5 Tính tốn cách nhiệt cách ẩm 29 2.5.1 Tính cách nhiệt cách ẩm cho buồng lạnh 29 2.5.2 Tính cách nhiệt cách ẩm cho thiết bị trao đổi nhiệt 30 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 30 3.1 Bản thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng 32 3.2 Chế tạo Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt kiểu ống lồng ống 33 3.2 Tính chọn thiết bị hệ thống 34 3.2.1 Thiết bị bay ( Dàn lạnh ) 34 3.2.2 Cụm dàn ngưng ( Tầng cao hệ thống ghép tầng ) 35 3.3 Mơ hình sau lắp đặt 36 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 37 4.1 Phương pháp thực nghiệm 37 4.2 Chuẩn bị dụng cụ 37 4.3 Kết thực nghiệm 38 4.3.1 Điểm nút thực nghiệm CO2/R32: 38 4.3.2 Tính tốn nhiêt: 40 4.3.3 Số liệu thực nghiệm thiết bị Ngưng tụ - Bay 43 4.3.4 Số liệu thực nghiệm dàn lạnh 45 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 Kết Luận 46 Kiến Nghị 46 PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHẦN PHỤ LỤC 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số điểm nút chu trình lạnh CO2 14 Bảng 2.2 Hệ số dẫn nhiệt CO2 không khí [14] 17 Bảng 2.3 Thông số dàn lạnh Micro 17 Bảng 2.4 Thơng số điểm nút chu trình lạnh R32 18 Bảng 2.5 Hệ số dẫn nhiệt R32 khơng khí 20 Bảng 2.6 Thông số dàn ngưng 20 Bảng 4.1 Thông số trạng thái điểm nút thực nghiệm Chu trình lạnh CO2 38 Bảng 4.2 Thông số trạng thái điểm nút thực nghiệm Chu trình lạnh R32 39 Bảng 4.3 So sánh Thơng số Tính toán Thực nghiệm Lý thuyết 42 Bảng 4.4 Số liệu nhiệt độ thiết bị Ngưng tụ - Bay 43 Bảng 4.5 Số liệu nhiệt độ gió vào Dàn lạnh 45 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đồ thị p-h môi chất R744 [6] Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý (trái) đồ thị Lgp-h (phải) hệ thống lạnh ghép tầng [7] Hình 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống [8] 10 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng mơi chất CO2/R32 13 Hình 2.2 Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 [11] 14 Hình 2.3 Máy nén Sanden công suất 500W 15 Hình 2.4 Đồ thị p-h chu trình lạnh R32 [11] 18 Hình 2.5 Hình ảnh minh họa cho thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống [13] 21 Hình 2.6 Hình ảnh hướng môi chất di chuyển thiết bị 23 Hình 2.7 Hình ảnh thiết kế thiết bị Ngưng tụ - Bay 28 Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng 32 Hình 3.2 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 33 Hình 3.3 Hình ảnh dàn lạnh kênh micro 34 Hình 3.4 Dàn lạnh kênh micro thực tế 34 Hình 3.5 Cụm dàn ngưng Daikin 35 Hình 3.6 Hình ảnh thực tế hệ thống ghép tầng CO2/R32 36 Hình 4.1 Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 thực nghiệm [6] 38 Hình 4.2 Đồ thị p-h chu trình R32 thực nghiệm [6] 39 Hình 4.3 Biểu đồ nhiệt độ môi chất CO2 vào thiết bị Ngưng tụ - Bay 43 Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt độ môi chất R32 vào thiết bị Ngưng tụ - Bay 44 Hình 4.5 Biểu đồ nhiệt độ gió vào dàn lạnh 45 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I Chữ Latin a - Hệ số khuếch tán nhiệt 𝑐𝑝 - Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp C - Chu vi d, D - Đường kính F - Diện tích h, i - Enlthanpy k - Hệ số truyền nhiệt L - Cơng 𝐿𝑒 - Kích thước xác định l - Chiều dài N - Công suất G - Lưu lượng khối lượng 𝑔 - Gia tốc trọng trường p - Áp suất Q - Dòng nhiệt truyền q - Mật độ dịng nhiệt 𝑟 - Ẩn nhiệt hố R - Bán kính s - Entropy v - Thể tích riêng V - Thể tích t - Nhiệt độ bách phân (°C) GWP - Hệ số nóng lên toàn cầu ODP - Hệ số tiềm suy giảm tầng Ozon COPtn - Hệ số làm lạnh thực nghiệm COPlt - Hệ số làm lạnh lý thuyết II Ký tự Hi Lạp 𝛼 - Cường độ toả nhiệt đối lưu 𝛿 - Độ dày 𝜀𝑅 - Hệ số ảnh hưởng ống cong η - Hiệu suất 𝜆 - Hệ số dẫn nhiệt 𝜇 - Độ nhớt động lực học 𝜈 - Độ nhớt động học 𝜌 - Khối lượng riêng φ - Độ ẩm (%) Л - Tỉ số nén III Các tiêu chuẩn đồng dạng 𝛼𝐿𝑒 𝜆 𝜈 𝑃𝑟 = 𝑎 𝜔𝐿𝑒 𝑅𝑒 = 𝜈 𝑁𝑢 = - Tiêu chuẩn Nusselt - Tiêu chuẩn Prandtl - Tiêu chuẩn Raynolds BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tính tốn thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2/R32 - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trường Giang Mã số SV: 16147023 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Lớp: 16147CL2 - Thành viên đề tài: STT Họ tên MSSV Lớp Khoa Đặng Gia Huy 16141355 16147CL2 Đào tạo Chất lượng cao Lai Nguyễn Hoàng Phúc 16147073 16147CL2 Đào tạo Chất lượng cao - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Mục tiêu đề tài: - Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất tầng R32, tầng CO2 - Lắp đặt hệ thống máy lạnh ghép tầng sử dụng hai môi chất CO2/R32 hoạt động ổn định - Thu thông số nhiệt động chu trình máy lạnh ghép tầng nhằm đánh giá hiệu lượng hệ thống Tính sáng tạo: Thiết lập hệ thống ghép tầng sử dụng CO2/R32 thiết kế, chế tạo thiết bị Ngưng tụ Bay kiểu ống lồng ống, từ đưa thông số điểm nút thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu làm việc hệ thống Kết nghiên cứu: Sau thời gian nghiên cứu đề tài đạt kết sau: - Chế tạo thành công thiết bị Ngưng tụ - Bay hệ thống kiểu ống lồng ống - Vận hành hệ thống đạt nhiệt độ yêu cầu tính tốn lý thuyết - Chế tạo hệ thống đủ độ bền, kiểm sốt tính chất nhiệt động CO2, cụ thể áp suất nén cao Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Ngày nay, vấn đề môi trường ngày coi trọng Sự đời loại môi chất lạnh thân thiện với môi trường với hệ thống ngày nhiều dẫn tới việc hệ thống sử dụng mơi chất lạnh truyền thống có nguy bị loại bỏ Các môi chất lạnh truyền thống HCFC, HFC, CFC vốn biết đến chất gây phá hủy tầng ozone nguyên nhân hàng đầu gây biến đổi khí hậu toàn cầu Với ưu điểm vượt trội CO2 mơi chất làm lạnh tự nhiên, khơng cháy, khơng có tiềm làm suy giảm ozone (ODP = 0) có hệ số nóng lên tồn cầu thấp (GWP = 1), việc sử dụng CO2 làm môi chất lạnh nghiên cứu ngày nhân rộng Do đó, việc phát triển loại thiết bị sử dụng môi chất lạnh CO2 có tiềm lớn Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 3.2.2 Cụm dàn ngưng ( Tầng cao hệ thống ghép tầng ) Với nhiệt lượng Qk CO2 ( Tầng thấp hệ thống ghép tầng ) nhả thiết bị Ngưng tụ - Bay để hấp thụ hết nhiệt lượng Qk suất lạnh chu trình tầng cao R32 phải đạt Qo = 1,68 kW Để đơn giản hóa vấn đề chọn thiết bị máy nén, dàn ngưng ta chọn cụm dàn ngưng máy lạnh cục dân dụng cụ thể cụm dàn ngưng Daikin Theo catalogue daikin ta chọn cụm dàn ngưng Daikin có mã hiệu ARKC25UAVMV hình 3.5, với thơng số dàn ngưng: - Năng suất lạnh: 2,5 kW (1,0 – 3,2) kW - Máy nén Swing dạng kín cơng suất 500W - Mơi chất R32 Hình 3.5 Cụm dàn ngưng Daikin GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 35 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 3.3 Mơ hình sau lắp đặt Sau lựa chọn thiết bị hệ thống từ thơng số tính tốn lý thuyết, tiến hành lắp đặt hệ thống hình 3.6, thiết bị đo để thu thập số liệu thực nghiệm Hình 3.6 Hình ảnh thực tế hệ thống ghép tầng CO2/R32 GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 36 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Phương pháp thực nghiệm Quá trình thực thu thập số liệu thực nghiệm: - Lấy tất gí trị nhiệt độ áp suất chưa khởi động hệ thống - Chạy hệ thống R32, nhiệt độ môi chất R32 vào thiết bị Ngưng tụ - Bay đạt khoảng ÷ 10oC bắt đầu khởi động máy nén CO2 - Các giá trị nhiệt độ, áp suất, dòng điện ghi lại phút lần - Khi nhiệt độ phịng đạt -36oC dừng hệ thống Kết thúc trình lấy số liệu thực nghiệm 4.2 Chuẩn bị dụng cụ - Cảm biến nhiệt độ - Cảm biến áp suất - Laptop - Ampe kiềm - Camera GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 37 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 4.3 Kết thực nghiệm 4.3.1 Điểm nút thực nghiệm CO2/R32: Hệ thống ghép tầng CO2/R32 tiến hành chạy thực nghiệm với kích thước buồng lạnh (0,6m x 0,5m x 0,5m), điều điện nhiệt độ môi trường 33°C, từ số liệu thực nghiệm đưa thơng số trạng thái chu trình lạnh CO2 bảng 4.1 thể đồ thị p-h hình 4.6, thơng số trạng thái chu trình lạnh R32 thể bảng 4.2 đồ thị p-h hình 4.7: Bảng 4.1 Thơng số trạng thái điểm nút thực nghiệm Chu trình lạnh CO2 Điểm nút Trạng thái t (°C) P (bar) Hơi nhiệt -29,1 11,5 0,033 444 2,05 Hơi nhiệt Lỏng bão hòa Hơi bão hòa ẩm 54,1 7,9 -36 39 39 11,5 0,013 0,00113 0,011 498 219 219 2,05 1,07 1,11 Hơi bão hịa khơ -36 11,5 0,0335 437 2,03 v(m3/kg) h (kJ/kg) s (kJ/kgK) Hình 4.1 Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 thực nghiệm [6] GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 38 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Bảng 4.2 Thông số trạng thái điểm nút thực nghiệm Chu trình lạnh R32 Điểm nút Trạng thái t (°C) p (bar) Hơi nhiệt 11,1 8,1 0,05 526 2,2 Hơi nhiệt Lỏng bão hòa Hơi bão hòa ẩm 69,9 36,7 22,9 22,9 8,1 0,018 0,0011 0,011 566 275 275 2,18 1,23 1,25 Hơi bão hịa khơ 8,1 0,045 510 2,15 v(m3/kg) h (kJ/kg) s (kJ/kgK) Hình 4.2 Đồ thị p-h chu trình R32 thực nghiệm [6] GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 39 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 4.3.2 Tính tốn nhiêt: Dựa vào thông số trạng thái điểm nút thu từ trình chạy thực nghiệm, xác định thông số nhiệt động hai CO2 (tầng dưới) mơi chất R32 (tầng trên) *Chu trình lạnh tầng thấp CO2: Ta có: 𝐼𝐶𝑂2 = 1,8 (A) - Áp dụng cơng thức tính cơng suất dịng điện: 𝑁𝑒/𝐶𝑂2 = U.I.cosφ (Chọn cosφ = 0,95) = 220.1,8.0,95 = 376,2 (W) - Công nén thực nghiệm: Chọn hiệu suất động η = 0,65 𝐿𝐶𝑂2 = Ne.η = 376,2 0,65 = 244,5 (W) - Lưu lượng CO2 thực nghiệm: 𝐺𝐶𝑂2 = 𝐿𝐶𝑂2 ℎ2 −ℎ1 = 0,2415 498−444 = 0,00447 (kg/s) - Năng suất lạnh thực nghiệm: 𝑄𝑜/𝐶𝑂2 = 𝐺𝐶𝑂2 (h5 – h4) = 0,00447 (437 – 219) = 0,97 (kW) - Nhiệt lượng nhả thiết bị Ngưng tụ - Bay hơi: 𝑄𝑘/𝐶𝑂2 = 𝐺𝐶𝑂2 (h2 – h3) = 0,00447 (498 – 219) = 1,247 (kW) - Hệ số hiệu suất thực nghiệm: 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑂2 = ℎ5 −ℎ4 ℎ2 −ℎ1 = 437−215 498−444 = 4,037 * Chu trình lạnh tầng cao R32: Ta có: IR32 = 1,86 (A) - Áp dụng cơng thức tính cơng suất dịng điện: Ne/R32 = U.I.cosφ ( Chọn cosφ = 0,95 ) = 220.1,86.0,95 = 388,74 (W) GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 40 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học - Công nén thực nghiệm: Chọn hiệu suất động η = 0,65 LR32 = Ne.η = 388,74 0,65 = 252,68 (W) - Lưu lượng R32 thực nghiệm: GR32 = 𝐿𝑅32 ℎ2 −ℎ1 = 0,263 566−526 = 0,00657 (kg/s) - Năng suất lạnh thực nghiệm: Qo/R32 = GR32 (h5 – h4) = 0,00657 (510 – 275) = 1,54 (kW) - Nhiệt lượng nhả thiết bị giải nhiệt : Qk/R32 = GR32 (h2 – h3) = 0,00657 (566 – 275) = 1,911 (kW) - Hệ số hiệu suất thực nghiệm: COPR32 = ℎ5 −ℎ4 ℎ2 −ℎ1 = 510−257 566−256 = 5,875 - Năng suất lạnh thực nghiệm hệ thống: Qo hệ thống = Gkk cp Δtkk = ρkk Squạt vkk cpkk Δtkk Ta có: tgió = -30oC tgió vào = -28oC Dquạt = 0,32 m vquạt = m/s Từ tgió = -30oC ➔ ρkk = 1,453 (kg/m3) cpkk = 1,103 (kJ/kg, K) Qo hệ thống = Gkk.cp.Δtkk = ρkk Squạt vkk cpkk Δtkk = 1,453 𝜋 0,322 4.1,103 [(−30) − (−28)] = 0,95 (kW) - Hệ số hiệu suất thực nghiệm hệ thống: COPhệ thống = 𝑄𝑜 ℎệ 𝑡ℎố𝑛𝑔 𝐿𝐶𝑂2 +𝐿𝑅32 GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung = 0,95 0,2445 + 0,25268 = 1,91 Trang 41 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Bảng 4.3 So sánh Thơng số Tính tốn Thực nghiệm Và Lý thuyết Thực nghiệm Chu trình Lý Thuyết Tầng Thấp CO2 Tầng Cao R32 Tầng Thấp CO2 Tầng Cao R32 𝐺𝐶𝑂2 = 0,00477 GR32 = 0,00657 𝐺𝐶𝑂2 = 0,004754 GR32 = 0,0067 Công nén lý thuyết (W) 𝐿𝐶𝑂2 = 244,5 LR32 = 252,68 𝐿𝐶𝑂2 = 320 LR32 = 361,8 Năng suất lạnh (kW) 𝑄𝑜/𝐶𝑂2 = 0,97 Qo/R32 = 1,54 𝑄𝑜/𝐶𝑂2 = 1,0 Qo/R32 = 1,62 𝑄𝑘/𝐶𝑂2 = 1,247 Qk/R32 = 1,911 𝑄𝑘/𝐶𝑂2 = 1,35 Qk/R32 = 1,98 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑂2 = 4,037 𝐶𝑂𝑃𝑅32 = 5,875 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑂2 = 3,125 𝐶𝑂𝑃𝑅32 = 4,478 Thông số Lưu lượng ( 𝒌𝒈 ) 𝒔 Nhiệt lượng nhả thiết bị giải nhiệt (kW) COP COP Hệ thống COPhệ thống = 1,91 COPhệ thống = 1,467 * Nhận xét: Từ bảng 4.3 so sánh thơng số tính tốn thực nghiệm lý thuyết: - Công nén lý thuyết cao công nén thực nghiệm dẫn đến suất lạnh COP hai môi chất thực nghiệm hiệu so với lý thuyết - Nhiệt lượng nhả phía CO2 (Qo/CO2 = 1,247 kW) nhỏ với nhiệt lượng R32 (Qo/R32 = 1,54 kW) cho thấy dự tính ban đầu Qo/R32 lớn Qo/CO2 hồn tồn xác, thiết bị Ngưng tụ - Bay hoạt động nhiệm vụ nơi hai môi chất trao đổi nhiệt với GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 42 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 4.3.3 Số liệu thực nghiệm thiết bị Ngưng tụ - Bay Thiết bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống chạy thực nghiệm chế độ tầng R32 vận hành trước để tạo môi trường giải nhiệt với nhiệt độ bay t = (0 ÷ 10) oC tầng CO2 vận hành sau, thu bảng số liệu bảng 4.4: Bảng 4.4 Số liệu nhiệt độ thiết bị Ngưng tụ - Bay Hệ thống lạnh ghép tầng CO2/R32 Thời Gian Bắt Đầu Môi chất CO2 vào thiết bị NT-BH Môi chất CO2 thiết bị NT-BH Môi chất R32 vào thiết bị NT-BH Môi chất R32 thiết bị NT-BH 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 28,7 35,6 34,3 34,9 36,7 37,0 37,4 42,0 45,1 47,2 50,0 51,7 54,1 28,7 6,9 7,0 8,5 7,9 7,0 6,7 7,2 7,9 8,2 7,4 8,6 7,9 28,7 5,9 5,6 6,0 6,1 4,6 4,7 4,0 3,9 2,0 0,7 0,6 0,0 28,7 10,3 9,9 10,9 12,7 12,5 12,1 12,0 11,8 11,7 11,0 11,9 11,1 Hình 4.3 Biểu đồ nhiệt độ môi chất CO2 vào thiết bị Ngưng tụ - Bay GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 43 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt độ môi chất R32 vào thiết bị Ngưng tụ - Bay * Nhận xét: - Về phía tầng cao R32, chênh lệch nhiệt độ trước sau khỏi thiết bị Ngưng tụ - Bay trì khoảng ∆t = 4,3 ÷ 11oC mơi trường có nhiệt độ lý tưởng để thực nhiệm vụ giải nhiệt cho môi chất CO2, thể rõ biểu đồ hình 4.4 - Về phía tầng thấp CO2, van tiết lưu sử dụng hệ thống van tiết lưu tay chế độ vận hành nên nhiệt độ đầu đẩy tăng dần theo thời gian môi chất R32 thu nhiệt giảm xuống khoảng nhiệt độ ngưng tụ ∆t = ÷ 8,6oC cho ta thấy thiết bị Ngưng tụ - Bay chế tạo hoạt động hiệu mong đợi, thể rõ biểu đồ hình 4.3 GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 44 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 4.3.4 Số liệu thực nghiệm dàn lạnh Dàn lạnh sử dụng hệ thống dàn lạnh kênh Micro với tốc độ gió lớn v = m/s thu bảng số liệu bảng 4.5: Bảng 4.5 Số liệu nhiệt độ gió vào Dàn lạnh Thời Gian 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Nhiệt Độ Gió Vào Dàn Lạnh (°C) 26,6 9,4 1,5 1,1 2,3 -4,5 -9,7 -15,1 -19,1 -21,0 -25,2 -27,0 -28,0 Nhiệt Độ Gió Ra Dàn Lạnh (°C) 24,4 6,6 -1,2 -1,1 -1,2 -7,5 -11,0 -17,9 -21,0 -23,0 -26,6 -28,0 -30,0 Hình 4.5 Biểu đồ nhiệt độ gió vào dàn lạnh * Nhận xét: - Nhiệt độ gió khỏi dàn lạnh đạt -30°C nhiệt độ phòng đạt -28°C hiệu nhiệt độ phòng thiết kế -26°C, chênh lệch nhiệt độ ∆t = 1÷3 °C, thể rõ biểu đồ hình 4.5 GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 45 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận Sau thời gian thực đề tài “Nghiên cứu tính tốn thực nghiệm hệ thống máy lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2/R32” điều kiện tới hạn nghiên cứu đạt kết quả, chế tạo thiết bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống Trong q trình thực nhóm tổng hợp kiến thức từ tính tốn chu trình lạnh ghép tầng để làm sở cho tính tốn thiết kế thiết bị Ngưng tụ - Bay thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống Bằng phương pháp tính tốn dựa sở lý thuyết nhóm tổng hợp kiến thức liên quan để tạo tiền đề thực tiếp đề tài thực nghiệm Dựa vào kết thực nghiệm nhóm thu kết luận tóm tắt sau: Nhiệt độ phòng đạt -28oC với COP hệ thống cao điều kiện áp suất nén CO2 41 bar tốt so với nhiệt độ phòng yêu cầu tf = -26oC ứng với nhiệt độ bay môi chất CO2 - 36OC Thiết bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống hoạt động ổn định với hai môi chất CO2/R32 Nhiệt độ môi chất R32 tầng cao đầu vào thiết bị đạt 0oC thực tốt nhiệm vụ giải nhiệt cho nhiệt độ môi chất CO2 tầng thấp 54,1oC Hệ số COPtn = 1,94 hệ thống chạy thực nghiệm so với tính tốn lý thuyết đạt kết khả quan (COPlt = 1,467) Kiến Nghị Trên sở thực nghiệm, việc nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng đề tài việc sử dụng CO2 với loại môi chất khác hệ thống ghép tầng cần thiết để ta có nhìn tổng thể hệ thống này, đồng thời so sánh hiệu làm việc khả làm lạnh hệ thống với để đưa phương án lựa chọn tối ưu cho mục tiêu tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường Do hạn chế thời gian lực nên nhóm em cịn nhiều thiếu sót việc cải tiến mơ hình thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đề nghị tìm kiểu thiết bị Ngưng tụ Bay khác khắc phục nhược điểm khó vệ sinh kiểu ống lồng ống GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 46 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Hieu Nguyen, Mmse Editor, A Study on the COP of CO2 Air Conditioning System with Minichannel Evaporator Using Subcooling Process, Researchgate, March 2017 [2] Tankhuong Nguyen, Tronghieu Nguyen, Minhhung Doan, Thanhtrung Dang, An Experiment on a CO2 Air Conditioning System with Copper Heat Exchangers, International Journal of Advanced Engineering, Management and Science Vol 03 Issue12, 2016 [3] Carlos Sanz-Kock, Rodrigo Llopis, Daniel Sánchez, Ramón Cabello, Enrique Torrella, Experimental evalution of a R134a/CO2 cascade refrigeration plant, (2014) [4] Tzong-Shing Lee, Cheng-Hao Liu, Tung-Wei Cheng, Thermodynamics analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems, (2006) [5] Alok Manas Dubey, Suresh Kumar, Ghansyam Das Agrawal, Thermodynamics analysis of transcritical CO2/propylene (R744/R1270) cascade system for cooling and heating applications, (2014) [6] Thermophysical Properties of Refrigerants, 2017 ASHRAE Handbook [7] Sách Kỹ Thuật Lạnh Cơ Sở PGS,TS Nguyễn Đức Lợi – PGS.TS Phạm Văn Tùy [8] Một số hình ảnh internet [9] Sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nguyễn Đức Lợi [10] K,M,Tsamos, P,Gullo, Y,T,Ge, Idew Santosa, S,A,Tassou, A,Hanfner Performance investigation of the CO2 gas cooler, designs and its integration with the refrigeration system, Energy Procedia,Vol 123, 2017, Pages 265–272 [11] Cơ Sở Truyền Nhiệt Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Thầy Hồng Đình Tín [12] Sách Heat Trasfer, Gregory Nellis, Sanford Klein [13] Yulong Song, Dongzhe Li, Dongfang Yang, Lei Jin, Feng Cao, Xiaolin Wang, Performance Comparison between the Combined R134a/CO2 Heat Pump and Cascade R134a/CO2 Heat Pump for Space Heating, (2017) [14] Giáo Trình Kỹ Thuật Lạnh Thầy Lê Xuân Hòa [15] Một số tài liệu tham khảo internet GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Trang 47 Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục: Dụng cụ thu thập số liệu thực nghiệm Hình ảnh cảm biến đo nhiệt độ Hình ảnh ồng hồ đo áp suất Ampe kiềm Camera GVHD: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PGS.TS Đặng Thành Trung Laptop Trang 48 ... Thành Trung Mục tiêu đề tài: - Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất tầng R32, tầng CO2 - Lắp đặt hệ thống máy lạnh ghép tầng sử dụng hai môi chất CO2/ R32 hoạt động ổn định... điểm mà có Mục tiêu đề tài: - Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất tầng R32, tầng CO2 - Lắp đặt hệ thống máy lạnh ghép tầng sử dụng hai môi chất CO2/ R32 hoạt động ổn định... lạnh ghép tầng lựa chọn Máy lạnh ghép tầng có đặc điểm: + Là hệ thống máy lạnh có nhiều tầng, tầng hệ thống máy lạnh hoàn chỉnh + Các tầng vận hành độc lập nên môi chất tầng khác + Mơi chất tầng